nuôi cấy mô và hạt phấn

Nhờ ứng dụng các biện pháp của nó chủ yếu là kĩ thuật nuôi cấy mô, dung hợp TB trần, Kĩ thuật chuyển gen, ngành công nghệ tạo giống đã tạo ra những tiến bộ vượt bậc, nuôi cấy bao phấn,

CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY BAO PHẤN

VÀ HẠT PHẤN INVITRO

 Hiện nay công nghệ sinh học là một ngành khoa học mũi nhọn được cả thế giới quan tâm.

 Tốc độ phát triển nhanh chóng của Công nghệ Sinh học không kém gì sự bùng

nổ thông tin và tạo ra một cuộc cách mạng Sinh học trong nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y dược, và đặc biệt là trong nông nghiệp trồng trọt Nhờ ứng dụng các biện pháp của nó chủ yếu là kĩ thuật nuôi cấy mô, dung hợp TB trần,

Kĩ thuật chuyển gen, ngành công nghệ tạo giống đã tạo ra những tiến bộ vượt bậc, nuôi cấy bao phấn, hạt phấn là một trong các hướng tạo nên tiến bộ vượt bậc ấy.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Click to add Title

3 Quy trình và những điều kiện ảnh hưởng

đến nuôi cấy bao phấn và hạt phấn

Click to add Title

4 Ưu điểm, nhược điểm.

Click to add Title

5 Thành tựu và hiện trạng.

1 Hiện tượng sinh sản hữu tính ở thực vật.

2 Khó khăn của việc tạo dòng thuần trong tự nhiên.

NỘI DUNG

1 Hiện tượng sinh sản hữu tính ở thực vật

Vòng đời của thực vật sinh sản hữu tính

Nhị hoa 1.1 Cấu tạo của hoa

Bao phấn

Bao phấn phóng to

1.2 Quá trình hình thành hạt phấn và túi phôi

b Quá trình hình thành túi phôi

Túi phôi có nhiều nhân,trong đó có 1 tế

bào trứng và 1 tế bào nhân tâm (2n)

tham gia vào quá trình thụ tinh

1 Đại bào tử đơn bội (n) sống sót

Tế bào trứng

Tế bào nhân tâm (2n)

Bầu nhuỵ

1.2 Quá trình hình thành hạt phấn và túi phôi

b Thụ tinh

• Thụ tinh là sự hợp nhất của nhân giao tử đực

với nhân của tế bào trứng trong túi phôi hình

thành hợp tử

• Thụ tinh kép: Là hiện tượng cả 2 nhân tham gia

thụ tinh, nhân thứ nhất hợp nhất với trứng tạo

thành hợp tử Nhân thứ hai hợp nhất với nhân

lưỡng bội (2n) tạo thành tế bào tam bội (3n)

Hợp tử(2n)

Nhân nội nhũ (3n)

1.3 Quá trình thụ phấn và thụ tinh

Noãn đã thụ tinh phát triển thành hạt Hạt chứa hợp tử phát triển thành phôi và tế bào tam bội hình thành nên nội nhũ

Có 2 loại hạt: Hạt có nội nhũ và hạt không có nội nhũ

 Trong chọn giống thực vật để tạo ra dòng thuần chủng người ta tiến hành tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều thế hệ, việc này tốn rất nhiều thời gian

 Vì vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào trong một thời gian ngắn, chúng

ta có thể tạo ra được dòng thuần chủng

 Năm 1934, Stow đã phát hiện ra sự phát triển khác thường của hạt phấn thành những cấu trúc giống túi phôi đã xảy ra ở một số loài thực vật ở Hyacinthus Hiện tượng này đã cho thấy các hạt phấn có khả năng phân chia để hình thành các tế bào mới hoặc các mô khi được sinh trưởng trong các điều kiện thích hợp và chúng tiếp tục phát triển thành cây đơn bội

2 Khó khăn của việc tạo dòng thuần trong tự nhiên.

Ưu thế của việc tạo dòng thuần chủng

từ nuôi cấy bao phấn, hạt phấn.

 Tính đồng hợp tử có được chỉ sau một đời nuôi cấy trong khi đó chọn

dòng thuần thông thường phải mất 5 - 6 đời tự thụ phấn

 Cây lưỡng bội hoá tính đồng hợp tử tuyệt đối, trong khi tự thụ phấn

thông thường qua nhiều đời mà vẫn còn tồn dư dị hợp tử

 Sự đa dạng di truyền ở quần thể cây lưỡng bội hoá từ nuôi cấy bao

phấn hạt phấn lớn hơn quần thể tự thụ phấn tạo dòng thuần sau các đời

tự thụ

 Những gen lặn có thể bị che khuất ở các cây nhị bội dị hợp tử nhưng ở

cây đơn bội hoặc lưỡng bội hóa từ hạt phấn lại có cơ hội biểu hiện ngay ra thành kiểu hình

 Cây đơn bội có thể dùng trong chọn lọc hồi quy để tạo giống chống

bệnh

 Cấy truyền liên tục các dòng callus từ nuôi cấy bao phấn có thể tạo ra

biến dị giao tử là nguyên liệu cho chọn giống

2 Khó khăn của việc tạo dòng thuần trong tự nhiên.

 Nuôi cấy bao phấn và hạt phấn tạo cây đơn bội là nhờ sự cảm ứng phát

sinh phôi từ những lần phân chia lặp lại của các bào tử đơn bội, các tiểu bào tử, các hạt phấn non Giai đoạn phát triển đặc thù của bao phấn tại thời điểm nuôi cấy là nhân tố quan trọng nhất đối với sự thành công của phát sinh phôi

 Thực vật hạt kín, mỗi chồi hoa có thể chứa các bao phấn ở các giai đoạn

phát triển khác nhau Vì vậy, mỗi chồi hoa phải được kiểm tra để xác định tất cả các giai đoạn phát triển giúp lựa chọn những bao phấn có độ tuổi phù hợp cho nuôi cấy

3.1 Đặc điểm của nuôi cấy bao phấn và hạt phấn.

3 Quy trình và những điều kiện ảnh hưởng đến nuôi cấy bao phấn và hạt phấn

3.2 Các phương pháp cơ bản sử dụng trong nuôi cấy bao phấn và hạt phấn

Có 2 phương pháp cơ bản được sử dụng trong nuôi cấy bao phấn và hạt phấn là:

 Phương pháp1: Các bao phấn được nuôi cấy trên môi

trường có agar hoặc môi trường lỏng và sự phát sinh phôi xảy ra trong bao phấn.

 Phương pháp 2: Hạt phấn được tách rời khỏi bao phấn hoặc bằng phương pháp cơ học hoặc do nứt nẻ tự nhiên của bao phấn và được nuôi trên môi trường lỏng.

3.3 Quy trình nuôi cấy

 Chọn bao phấn: Bao phấn thích hợp nhất có chứa hạt phấn bắt đầu từ thể 4

nhân đến ngay sau lần nguyên phân thứ nhất Bao phấn của các hoa đầu tiên cho kết quả tốt hơn bao phấn của hoa muộn

 Xử lý nụ hoa: Cần xử lý ở nhiệt độ thích hợp các nụ hoa sau khi cắt khỏi

cây và trước khi tách bao phấn để nuôi cấy, nhằm kích thích sự phân chia của hạt phấn và từ đó tạo cây đơn bội

 Chọn môi trường tái sinh cây thích hợp: Tùy theo đối tượng nuôi cấy bao

phấn, hạt phấn mà chúng ta lựa chọn môi trường thích hợp tương ứng

 Chọn lọc cây đơn bội: có nhiều cách để xác định cây đơn bội như: làm tiêu

bản để đếm số lượng nhiễm sắc thể, đo hàm lượng DNA trong tế bào, so sánh cây tái sinh từ bao phấn với cây mẹ về khả năng sinh trưởng, hình thái, kích thước

Sơ đồ tạo cây đơn bội từ nuôi cấy bao phấn

mt lỏng Phát triển phôi

Loại bỏ chỉ nhị

Cây đơn bội

Hoa

3.4 Nhị bội hóa cây đơn bội

Để cây đơn bội trở nên hữu thụ phải tiến hành nhị bội hóa số lượng NST của cây đơn bội bằng các cách sau:

 Tái sinh qua phương pháp nuôi cấy mô: Những thể lưỡng bội được hình

thành từ sự nhân đôi xảy ra thường xuyên trong quá trình nuôi cấy mô thực vật đơn bội Thường sử dụng mô lá của cây đơn bội nuôi cấy

 Cảm ứng nhị bội hóa với cochicin: Cochicin được sử dụng ở nồng độ

0.05 – 0.5% tùy theo từng loài thực vật và loại mô cần được xử lý

3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo cây đơn bội trong nuôi cấy bao phấn, hạt phấn in vitro

Cây đơn bội chỉ thu được khi cấy bao phấn chứa hạt phấn ở giai đoạn phát triển thích hợp, bắt đầu từ thể 4 nhân cho đến ngay sau lần nguyên phân đầu tiên

a Tuổi hạt phấn.

b Trạng thái sinh lý của cây cho bao phấn và hạt phấn

• Kết quả tạo cây đơn bội phụ thuộc nhiều vào trạng thái sinh lý của cây

bố, mẹ cho bao phấn, hạt phấn Trạng thái sinh lý lại liên quan đến điều kiện môi trường mà cây sinh trưởng như: quang chu kỳ, cường độ ánh sáng, nhiệt độ và môi trường dinh dưỡng khoáng

• Khả năng thành công cao nhất với những bao phấn thu được trong lần trổ hoa đầu tiên và giảm dần trong những lần trổ hoa tiếp theo

• Sử dụng bao phấn từ những cây sinh trưởng dưới cường độ ánh sáng cao, ngày ngắn sẽ cho hiệu quả tạo phôi cao hơn

c.Tiền xử lý bao phấn và hạt phấn

 Hiệu quả nuôi cấy bao phấn, hạt phấn cao hơn khi tiến hành xử lý

mẫu trước khi cấy

 Xử lý Nhiệt độ lạnh đã làm tăng khả năng tạo mô sẹo và cây từ bao

phấn, đồng thời cho phép bảo quản mẫu lâu hơn

 Bao phấn từ những cây sinh trưởng dưới cường độ ánh sáng cao,

trong điều kiện ngắn ngày sẽ cho hiệu quả tạo phôi cao hơn

d Mật độ bao phấn, hạt phấn

Phản ứng sinh trưởng trong nuôi cấy đơn bội bị chi phối bởi mật độ bao phấn, hạt phấn nuôi cấy trên môi trường và thay đổi tùy theo loài thực vật

3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo cây đơn bội trong nuôi cấy bao phấn, hạt phấn in vitro

 Nuôi cấy bao phấn:

 Vì bao phấn có kích thước lớn nên thao tác dễ dàng.

 Môi trường nuôi cấy đơn giản.

 Nuôi cấy hạt phấn:

 Tạo ra giống cây trồng sạch bệnh.

 Giống tạo ra có phẩm chất di truyền đồng đều.

 Phát sinh phôi dễ dàng trong quá trình nuôi cấy.

 Tạo cây đơn bội thuận lợi cho việc nghiên cứu di truyền.

Tóm lại, nuôi cấy bao phấn, hạt phấn ra đời

đã làm giảm thời gian, đồng thời làm tăng vọt số lượng các cá thể đơn bội thu được.

4.1 Ưu điểm

4 Ưu điểm, nhược điểm.

Nuôi cấy bao phấn:

 Khó sàng lọc cây đơn bội.

 Khi nuôi cấy bao phấn thường gặp hiện tượng bạch tạng

Kỹ thuật nuôi cấy bao phấn, hạt phấn tạo cây đơn bội phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố: tuổi hạt phấn, trạng thái sinh lý của bao phấn và hạt phấn, kiểu gen, kinh nghiệm…

Thành tựu và hiện trạng

5.1.Thành tựu:

 Các cây đơn bội có nguồn gốc hạt phấn đã được tạo ra ở 216 loài thuộc 78 giống, 31 họ và nhiều loài khác cũng được nghiên cứu thành công (Hu và Zhang, 1985).

 Thông qua nuôi bao phấn đã tạo các giống lúa thuần như Khao 85, Khao 1105, VH2 Đặc biệt thông qua chọn dòng tế bào soma thu được các giống DR1, DR2, DR3 đang mở rộng ra qui mô sản xuất Kết hợp biến dị tế bào soma với gây đột biến đã tạo giống lúa KDM39 Trong nghiên cứu lúa lai đang áp dụng

kỹ thuật lai xa, cứu phôi, đột biến tạo dòng TGMS và CMS mới

5

5.1.Thành tựu:

Trong lĩnh vực nông nghiệp, các kết quả nghiên cứu về công nghệ tế bào - mô phôi thực vật giúp chúng ta nhanh chóng tạo ra các giống cây trồng thuần Hàng loạt dòng thuần ở lúa (ĐV2, MT4, DT26 ) đã được tạo ra bằng kĩ thuật đơn bội nuôi cấy bao phấn và nuôi cấy noãn Đặc biệt, chúng ta đã sản xuất được dòng lúa thuần mang gene quý như gene bất dục đực tế bào chất, bất dục đực nhân (gen TGMS, PGMS) Đối với ngô,

đã tạo được 5 dòng ngô thuần và hai tổ hợp ngô lai có triển vọng.

5 Thành tựu và hiện trạng

5.1.Thành tựu:

Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào phát triển nhanh và ngày càng hiện đại

mở tiềm năng to lớn cho cho nuôi cấy bao phấn hạt phấn tạo cây đơn bội từ đó tạo dòng thuần, đáng chú ý là ở các đối tượng có tầm quan trọng như: lúa gạo, lúa mạch, đại mạch, thuốc lá, ngô, khoai tây,…

5 Thành tựu và hiện trạng

5.2 Hiện trạng

 Hiện tại người ta mới nuôi cấy hạt phấn trưởng thành để tạo cây đơn

bội thành công qua con đường phôi hoá, hoặc tạo thành mô sẹo, từ đó tạo cây đơn bội Còn nuôi cấy hạt phấn non chưa đạt được nhiều hiệu quả, hiện tại chỉ có một số kết quả về nuôi cấy hạt phấn non thành công như nuôi cấy hạt phấn non cây Trillium electum (Saparov và cs,1955), cây hành Allium cepa (Vasil,1959), ở cây Atropa belladonna (Bajaj,1974)

 Hầu hết các cây ngũ cốc và các cây họ đậu nuôi cấy bao phấn rẩt khó

thành công hoặc tỉ lệ thành cây thấp, tỉ lệ cây bạch tạng cao

 Nhiều gen có khả năng thành cây thấp thường không được ứng dụng

trong nuôi cấy bao phấn nhưng có khi gen lại có giá trị kinh tế cao Ví

dụ cấy bao phấn giống lúa Japonica dễ thành công hơn hơn giống lúa Indica, tuy nhiên giống Indica lại có vai trò quan trọng hơn nhiều giống Japonica

5 Thành tựu và hiện trạng

 Công nghệ sinh học hiện đại là cơ hội cho các nước nghèo, đặc biệt

là các nước nghèo có tiềm năng thiên nhiên lớn và có đội ngũ cán bộ khoa học có trình độ và đông đảo như nước ta Là cơ hội vì nó tạo điều kiện cho ta đi tắt, vượt qua một số giai đoạn phát triển mà các nước đi trước phải trải qua trong nhiều năm, tiết kiệm cho ta nhiều tiền của và năm tháng mày mò

 Đặc biệt khi nói đến Công nghệ nuôi bao phấn và hạt phấn, mặc dù

hiện tại chưa thực sự được quan tâm nhưng trong tương lai thì chúng thực sự có tiềm năng rất lớn Vấn đề chỉ còn ở chúng ta, những nhà Công nghệ sinh học tương lai

KẾT LUẬN